Redis 主从复制

目录

• 主从复制简介
  • 单机 redis 的风险与问题
  • 多台服务器连接方案
  • 主从复制
  • 主动复制作用
• 主从复制工作流程
  • 总述
  • 阶段一：建立连接阶段
    • 建立连接阶段工作流程
    • 主从连接（slave 连接 master）
    • 主从断开（从服务器主动断开）
    • 授权访问
  • 阶段二：数据同步阶段工作流程
    • 数据同步阶段 master 注意事项
    • 数据同步阶段 slave 注意事项
  • 阶段三：命令传播阶段
    • 命令传播阶段的部分复制
    • 服务器运行 ID (run_id)
    • 复制缓冲区
    • 复制缓冲区内部工作原理
    • 复制偏移量
  • 数据同步 + 命令传播阶段工作流程
  • 心跳机制
  • 心跳阶段注意事项
  • 主从复制工作流程（完整）
• 主从复制常见问题
  • 频繁的全量复制
  • 频繁的网络中断
  • 数据不一致

主从复制简介

单机 redis 的风险与问题

• 问题1，机器故障
  • 现象：硬盘故障、系统崩溃
  • 本质：数据丢失，很可能对业务造成灾难性打击
  • 结论：基本上会放弃使用 redis
• 问题2，容量瓶颈
  • 现象：内存不足
  • 本质：穷，硬件条件跟不上
  • 结论：放弃使用 redis
• 结论：为了避免单点 Redis 服务器故障，准备多台服务器，互相连通。将数据复制多个副本保存在不同的服务器上，连接在一起，并保证数据是同步的。即使有其中一台服务器宕机，其他服务器依然可以继续提供服务，实现 Redis 的高可用，同时实现数据冗余备份

多台服务器连接方案

• 提供数据方：master

  ​ 主服务器，主节点，主库
  ​ 主客户端

• 接收数据方：slave

  ​ 从服务器，从节点，从库
  ​ 从客户端

• 需要解决的问题：数据同步

• 核心工作：master 的数据复制到 slave 中

• 如果主服务器挂掉的话，我们会在从服务器中选出一个用作主服务器

• 其余方案：

  • 多个主服务器（用到哨兵）
  • 某些从服务器向下拓扑（会带来一些问题）

主从复制

主从复制即将 master 中的数据即时、有效的复制到 slave 中

特征：一个 master 可以拥有多个 slave，一个 slave 只对应一个 master

职责：

• master:
  • 写数据
  • 执行写操作时，将出现变化的数据自动同步到 slave
  • 读数据（可忽略）
• slave:
  • 读数据
  • 写数据（禁止）

主动复制作用

• 读写分离：master 写、slave 读，提高服务器的读写负载能力
• 负载均衡：基于主从结构，配合读写分离，由 slave 分担 master 负载，并根据需求的变化，改变 slave 的数量，通过多个从节点分担数据读取负载，大大提高 Redis 服务器并发量与数据吞吐量
• 故障恢复：当 master 出现问题时，由 slave 提供服务，实现快速的故障恢复
• 数据冗余：实现数据热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式
• 高可用基石：基于主从复制，构建哨兵模式与集群，实现 Redis 的高可用方案

主从复制工作流程

总述

阶段一：建立连接阶段

• 建立 slave 到 master 的连接，使 master 能够识别 slave，并保存 slave 端口号

建立连接阶段工作流程

主从连接（slave 连接 master）

• 方式一：slave 客户端发送命令

  slaveof <masterip> <masterport>

• 方式二：slave 服务器启动参数

  redis-server --slaveof <masterip> <masterport>

• 方式三：slave 服务器配置文件

  slaveof <masterip> <masterport>

连接建立成功后，在 master 服务器的客户端中对数据进行 set age 100 操作后，我们在 slave 服务器的客户端中 get name 就会返回 100，同步数据是他们内部进行的，不需要我们管

主从断开（从服务器主动断开）

• slave 客户端发送命令：slaveof no one
  断开后，slave 中的数据不会再被更新

授权访问

• master 配置文件设置密码

  requirepass <password>

• master 客户端发送命令设置密码

  config set requirepass <password>
  config get requirepass
  

• slave 客户端发送命令设置密码

  auth <password>

• slave 配置文件设置密码

  masterauth <password>

• 启动客户端设置密码

  redis-cli -a <password>

阶段二：数据同步阶段工作流程

• 在 slave 初次连接 master 后，复制 master 中的所有数据到 slave
• 将 slave 的数据库状态更新或 master 当前的数据库状态

数据同步阶段 master 注意事项

• 如果 master 数据量巨大，数据同步阶段应避开流量高峰期，避免造成 master 阻塞，影响业务正常进行
• 复制缓冲区（环形内存）大小设定不合理，会导致数据溢出。如进行全量复制周期太长，进行部分复制（也叫增量复制）时发现数据已经存在丢失的情况，必须进行第二次全量复制，致使 slave 陷入死循环状态
  repl-backlog-size 1mb
• master 单机内存占用主机内存的比例不应过大，建议使用 50%~70% 的内存，留下 30%~50% 的内存用于执行 bgsave 命令和创建复制缓冲区

数据同步阶段 slave 注意事项

• 为避免 slave 进行全量复制、增量复制时服务器响应阻塞或数据不同步，建议关闭此期间的对外服务
  slave-serve-stale-data yes|no 从服务器是否提供过时数据
• 数据同步阶段，master 发送给 slave 信息可以理解 master 是 slave 的一个客户端，主动向 slave 发送命令
• 多个 slave 同时对 master 请求数据同步，master 发送的 RDB 文件增多，会对带宽造成巨大冲击，如果 master 带宽不足，数据同步需要根据业务需求，适量错峰
• slave 过多时，建议调整拓扑结构，由一主多从结构变为树状结构，中间的节点既是 master，也是 slave。注意使用树状结构时，由于层级较深，导致深度越高的 slave 与最顶层 master 间数据同步延迟较大，数据一致性变差，应谨慎选择

阶段三：命令传播阶段

• 当 master 数据库状态被修改后，导致主从服务器数据库状态不一致，此时需要让主从数据同步到一致的状态，同步的动作称为命令传播
• master 将接收到的数据变更命令发送给 salve, slave 接收命令后执行命令

命令传播阶段的部分复制

• 命令传播阶段出现了断网现象
  • 网络闪断闪联 忽略
  • 短时间网络中断 部分复制
  • 长时间网络中断 全量复制
• 部分复制的三个核心要素
  • 服务器的运行id(run_id)
  • 主服务器的复制积压缓冲区
  • 主从服务器的复制偏移量

服务器运行 ID (run_id)

• 概念：服务器运行 ID 是每一台服务器每次运行的身份识别码，一台服务器多次运行可以生成多个运行 id
• 组成：运行 id 由 40 位字符组成，是一个随机的十六进制字符
• 作用：运行 id 被用于在服务器间进行传输，识别身份
• 实现方式：运行 id 在每台服务器启动时自动生成，master 在首次连接 slave 时，会将自己的运行 id 发送给 slave，slave 保存此 id，通过 info server 命令，可以查看 run_id

复制缓冲区

• 概念：复制缓冲区，又名复制积压缓冲区，是一个先进先出（FIFO）的队列，用于存储服务器执行过的命令，每次传播命令，master 都会将传播的命令记录下来，并存储在复制缓冲区
  • 复制缓冲区默认数据存储空间大小是 1M，由于存储空间大小是固定的，当入队元素的数量大于队列长度时，最先入队的元素会被弹出，而新元素会被放入队列
• 由来：每台服务器启动时，如果开启有 AOF 或 被连接成为 master 节点，即创建复制缓冲区
• 作用：用于保存 master 收到的所有指令（仅影响数据变更的指令，例如set, select）
• 数据来源：当 master 接收到主客户端的指令时，除了将指令执行，会将该指令存储到缓存区中

复制缓冲区内部工作原理

注意：偏移量（offset）是服务端和客户端都会记录的

复制偏移量

• 一个数字，描述复制缓冲区中的指令字节位置
• 分类：
  • master 复制偏移量：记录发送给所有 slave 的指令对应的位置（多个）
  • slave 复制偏移量：记录 slave 接受 master 发送过来的指令字节对应的位置（一个）
• 数据来源：
  master 端：发送一次记录一次
  slave 端：接收一次记录一次
• 作用：同步信息，比对 master 与 slave 的差异，当 slave 断线后，恢复数据使用

数据同步 + 命令传播阶段工作流程

心跳机制

• 进入命令传播阶段，master 与 slave 间需要进行信息交换，使用心跳机制进行维护，实现双方连接保持在线
• master 心跳：
  • 指令：PING
  • 周期：由 repl-ping-slave-period 决定，默认 10 秒
  • 作用：判断 slave 是否在线
  • 查询：INFO replication 获取 slave 最后一次连接时间间隔，lag 项维持在 0 或 1 视为正常
• slave 心跳任务
  • 指令：REPLCONF ACK{offset}
  • 周期：1 秒
  • 作用1：汇报 slave 自己的复制偏移量，获取最新的数据变更指令
  • 作用2：判断 master 是否在线

心跳阶段注意事项

• 当 slave 多数掉线，或延迟过高时，master 为保障数据稳定性，拒绝所有信息同步操作

  min-slaves-to-write 2
  min-salves-max-lag 8
  

  slave 数量少于 2 个，或者所有 slave 的延迟都大于等于10秒时，强制关闭 master 写功能，停止数据同步

• slave 数量由 slave 发送 REPLCONF ACK 命令做确认

• slave 延迟由 slave 发送 REPLCONF ACK 命令做确认

主从复制工作流程（完整）

主从复制常见问题

频繁的全量复制

频繁的网络中断

数据不一致

• 问题现象：多个 slave 获取相同数据不同步

• 问题原因：网络信息不同步，数据发送有延迟

• 解决方案

  • 优化主从间的网络环境，通常放置在同一个机房，如使用阿里云等云服务要注意此现象

  • 监控主从节点延迟（通过 offset）判断，如果 slave 延迟过大，暂时屏蔽程序对该 slave 的数据访问
    slave-serve-stale-data yes|no

    开启后仅响应 info、slaveof等少数命令（慎用，除非对数据一致性要求很高）